Los astrónomos han identificado el material remanente de la explosión de una estrella de primera generación o de Población III, que son las estrellas más antiguas del cosmos, formadas cuando el Universo tenía solo 100 millones de años. El material contenía una proporción mucho mayor de hierro que de magnesio, notablemente diferente a la relación de estos elementos en nuestro Sol. La explicación más probable para esta sorprendente característica es que el material fue dejado atrás por una estrella de primera generación, que explotó como una gigantesca supernova.

Un equipo internacional de científicos, integrado por investigadores de la Universidad de Tokyo, en Japón, de la Universidad de Notre Dame y de NOIRLab, en Estados Unidos, habría descubierto los antiguos restos químicos de una de las primeras estrellas que iluminaron el Universo. Lo lograron mediante un innovador análisis de un lejano cuásar, apreciado a través de los instrumentos del Observatorio Gemini. 

Las estrellas más antiguas

Las primeras estrellas se formaron cuando el Universo tenía solo 100 millones de años, menos del uno por ciento de su edad actual. Estas estrellas originarias, conocidas como de Población III por los astrónomos, eran increíblemente masivas: al morir y estallar en forma de supernovas, enriquecieron el espacio interestelar con una combinación distintiva de elementos pesados. Aunque los investigadores han buscados estas firmas químicas por décadas, hasta el momento no se ha encontrado evidencia directa de estas estrellas primordiales. 

Ahora, los científicos a cargo de un nuevo estudio, publicado recientemente en la revista Astrophysical Journal, creen haber identificado la composición química que caracteriza a una de estas estrellas antiguas. De acuerdo a una nota de prensa, sus resultados se apoyan en análisis de las nubes contiguas a un cuásar distante, cuya luz ha estado viajando durante 13.100 millones de años: esto significa que los astrónomos lo están observando tal como aparecía cuando el Universo tenía aproximadamente una edad de 700 millones de años.

El análisis de ULAS J1342+0928, uno de los cuásares conocidos más lejanos, muestra el material remanente de la explosión de una estrella de primera generación. En ese material, los científicos han notado una composición muy inusual: los restos presentan 10 veces más hierro que magnesio, si se comparan con la proporción que muestran estos elementos en el Sol. Esto confirmaría que el material fue dejado atrás por una de las primeras estrellas que existieron en el Universo, que explotó como una supernova de inestabilidad de pares.

Video: a partir de datos del Observatorio Gemini, los científicos han descubierto evidencia de una estrella de primera generación, que murió en una enorme explosión de supernova. Crédito: NOIRLab / YouTube.

Una ventana hacia el origen del Universo

Aunque estas variedades notablemente poderosas de explosiones de supernova nunca se han presenciado directamente, los investigadores piensan que marcan el final de la vida de estrellas gigantes, con masas aproximadas de entre 150 y 250 veces la del Sol. Una supernova de inestabilidad de pares se genera cuando los fotones en el centro de una estrella se convierten espontáneamente en electrones y positrones, reduciendo la presión de radiación dentro de la estrella y haciendo que la gravedad provoque su colapso y explosión.

Mientras otras supernovas dejan restos estelares, como por ejemplo una estrella de neutrones o un agujero negro, las supernovas de inestabilidad de pares expulsan directamente todo su material a su entorno. Para encontrar evidencia de estos restos químicos existen dos posibilidades: observar la explosión en el momento que ocurre o identificar su firma química a partir del material que expulsan al espacio interestelar.

De confirmarse este hallazgo, los astrónomos habrían encontrado una nueva vía para descubrir las firmas químicas de las primeras estrellas más cerca de nuestro vecindario cósmico. Aunque las estrellas de Población III se habrían extinguido hace mucho tiempo, las huellas químicas que dejan en el material expulsado pueden persistir por períodos temporales más amplios y aún pueden encontrarse en la actualidad. 

En consecuencia, los rastros químicos de explosiones de supernovas de inestabilidad de pares generadas por las estrellas más antiguas del cosmos aún estarían “impresos” en objetos de nuestro Universo local, facilitando su identificación en futuros estudios.

Referencia

Potential signature of Population III pair-instability supernova ejecta in the BLR gas of the most distant quasar at z = 7.54. Y. Yoshii et al. Astrophysical Journal (2022). DOI:https://doi.org/10.3847/1538-4357/ac8163